CN105315017B - 以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机碳肥的技术领域，公开了以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤：a)将畜禽粪便搅拌均匀，调节水分和pH值；b)将预处理后的畜禽粪便输送至水热碳化炉，碳化后的产物进行脱水、湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。本发明采用低温水热碳化技术将畜禽养殖废弃物热转化为有机碳肥的方法，制备工艺简单易行，不仅消除了养殖业的生态环境污染问题，还使养殖废弃物的价值得到充分发挥。将本发明技术投入市场，将产生巨大的经济效益和环境效益。

Description

以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法
技术领域
本发明涉及有机碳肥的制备技术领域，尤其涉及了以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法。
背景技术
随着养殖业的发展，我国畜禽养殖污染日趋严重，已经成为中国环境污染的重要因素源，2013年畜禽养殖业的化学需氧量、氨氮排放量分别达到1071.9万吨和60.5万吨，占全国排放总量的比例分别为45.6％和24.6％，占农业源的95.0％、79.0％。
目前我国畜禽养殖废弃物的主要处理方式为：厌氧发酵生产沼气和堆肥。其中沼气工程是治理畜禽粪便污染的主要方法，但是如果没有后处理，发酵后的沼液和沼渣依然会带来严峻的环境问题；而传统的堆肥方式对有机物分解缓慢，占用大量土地，且氮素会释放到大气中，产生恶臭，对环境造成二次污染；除此以外，重金属最终都会随着沼肥(包括沼液和沼渣)和有机肥的施用而进入土壤中，造成土壤污染和植株中毒。
另一方面，我国土壤中碳元素已经减少了50％，耕地补碳已是刻不容缓，补碳最基础最常规的措施就是施足普通有机肥，但有机肥肥力低用量大，受原材料和运输成本(或运输难度)的限制，大量耕地无法施到或施足有机肥，这就必须求助于有机碳肥，因此我国有机碳肥产业前景广阔。
发明内容
本发明针对现有技术的缺点，提供了以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤，
A.将畜禽养殖废弃物搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.0～6.5，将畜禽养殖废弃物的水分含量调节到65％～85％，得到预处理后的畜禽养殖废弃物；选用畜禽粪便为原料，不仅可消除养殖业带来的环境问题，还保证了原料是具有丰富营养性的原料，为制备营养均衡的有机碳肥提供前提条件。将畜禽粪便的水分含量调节到65％～85％，畜禽粪便(猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪、羊粪、马粪)的自然含水率在50％-85％，其中鸡的粪便含水率最低大约在50％，因此需要添加水分。畜禽粪便含水率过低，搅拌困难，碳化时产生的自然压力较大，对设备的耐压要求高；而含水率过高，碳化时消耗能源较大，相同碳化条件时，碳化程度会下降。将pH值调节到5.0～6.5，畜禽粪便的pH值在7～9之间，而原料的酸性可减少畜禽粪便中N营养元素的流失，同时可增大重金属的溶出，并保证了有机碳肥复合国家标准中对肥料的pH要求。
B.将预处理后的畜禽养殖废弃物输送至水热碳化炉，碳化后的产物进行脱水、湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
作为优选，步骤A中，畜禽粪便为猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪、羊粪、马粪中的一种或两种以上。
作为优选，步骤A中，将畜禽粪便输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.0～6.5，将畜禽粪便的水分含量调节到65％～85％，得到预处理后的畜禽粪便。
作为优选，步骤B中，将预处理后的畜禽粪便输送至水热碳化炉，温度控制在160℃～200℃，时间控制在1h～5h。水热碳化炉中，碳化温度控制在160℃～200℃，碳化时间应控制在1h～5h，为保证原料的低温水热碳化程度。本发明为低温水热碳化工艺，碳化温度控制在160℃～200℃，低温碳化产生的自然压力较低，因此对设备的强度要求较低，不仅节约了能源还大大降低了生产成本，且提高了营养元素的回收率。当碳化温度高于200℃后，碳缩合度增大，炭化程度增高，有机碳含量降低，因此温度不宜高于200℃。
作为优选，步骤B中，由污泥泵将预处理后的畜禽粪便输送至水热碳化炉。
作为优选，步骤B中，碳化后的产物进行机械脱水。
作为优选，步骤B中，脱水后的含水率控制在10％～20％。采用机械脱水技术实现液固分离，得到的水热炭的含水率控制在10％～20％之间，较适宜于湿法造粒工序，粒度质量好。
本发明采用上述技术方法，在畜禽粪资源化利用和有机碳肥的质量上具有明显的效果：
(1)选用畜禽粪便为原料，不仅可消除养殖业的严重环境问题，还保证了原料的丰富营养性，为制备营养均衡的有机碳肥提供前提条件。
(2)将畜禽粪便的水分含量调节到65％～85％，畜禽粪便(猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪、羊粪、马粪)的自然含水率在50％-85％，其中鸡的粪便含水率最低大约在50％，因此需要添加水分。畜禽粪便含水率过低，搅拌困难，碳化时产生的自然压力较大，对设备的耐压要求高；而含水率过高，碳化时消耗能源较大，相同碳化条件时，碳化程度会下降。
(3)将pH值调节到5.0～6.5，畜禽粪便的pH值在7～9之间，而原料的酸性可减少畜禽粪便中N营养元素的流失，同时可增大重金属的溶出，并保证了有机碳肥复合国家标准中对肥料的pH要求。
(4)本发明为低温水热碳化工艺，碳化温度控制在160℃～200℃，低温碳化产生的自然压力较低，因此对设备的强度要求较低，不仅节约了能源还大大降低了生产成本，且提高了营养元素的回收率。当碳化温度高于200℃后，碳缩合度增大，炭化程度增高，有机碳含量降低，因此温度不宜高于200℃。
(5)水热炭的含水率控制在10％～20％之间，较适宜于湿法造粒工序，粒度质量好。
(6)本发明制备的有机碳肥，不含有病原微生物，恶臭物质也被热转化分解，完全符合有机肥相关标准。
(7)本发明制备的有机碳肥，由于碳化作用，碳素的具有稳定性，因此所提供的碳源具有缓释特性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤，
A.将养殖废弃物输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.5，将畜禽养殖废弃物的水分含量调节到80％，得到预处理后的畜禽养殖废弃物；
B.由污泥泵将预处理后的畜禽养殖废弃物输送至水热碳化炉，温度控制在160℃℃，时间控制在1h，碳化后的产物进行机械脱水，脱水后的含水率控制在10％，湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
所制备的有机碳肥检测结果如下：有机碳肥产率为66％，TN含量为2.92％，P2O5含量为5.64％，K2O含量为0.96％，有机碳含量为54.7％，pH值为5.8，重金属含量均未超过有机肥国标中所限定的量。
实施例2
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤，
A.将牛粪输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到6.5，将牛粪的水分含量调节到75％，得到预处理后的牛粪；
B.由污泥泵将预处理后的牛粪输送至水热碳化炉，温度控制在180℃，时间控制在3h，碳化后的产物进行机械脱水，脱水后的含水率控制在20％，湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
所制备的有机碳肥的检测结果如下：有机碳肥产率为64％，TN含量为1.23％，P2O5含量为2.28％，K2O含量为0.55％，有机碳含量为45％，pH值为6.3，重金属含量均未超过有机肥国标中所限定的量。
实施例3
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤，
A.将猪粪输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.7，将猪粪的水分含量调节到70％，得到预处理后的猪粪；
B.由污泥泵将预处理后的猪粪输送至水热碳化炉，温度控制在200℃，时间控制在5h，碳化后的产物进行脱水，脱水后的含水率控制在15％，湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
所制备的有机碳肥检测结果如下：有机碳肥产率为61％，TN含量为2.92％，P2O5含量为5.91％，K2O含量为1.18％，有机碳含量为56.6％，pH值为6，重金属含量均未超过有机肥国标中所限定的量。
实施例4
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤，
A.将鸡粪输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到6，将鸡粪的水分含量调节到65％，得到预处理后的鸡粪；
B.由污泥泵将预处理后的鸡粪输送至水热碳化炉，温度控制在160℃，时间控制在2h，碳化后的产物进行脱水，脱水后的含水率控制在16％，湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
所制备的有机碳肥的检测结果如下：有机碳肥产率为62％，TN含量为3.23％，P2O5含量为6.28％，K2O含量为1.55％，有机碳含量为65％，pH值为6.1，重金属含量均未超过有机肥国标中所限定的量。
实施例5
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法包括以下步骤，
A.将鸭粪、羊粪和马粪的混合物输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.0，将鸭粪、羊粪和马粪的混合物的水分含量调节到65％，得到预处理后的鸭粪、羊粪和马粪的混合物；
B.由污泥泵将预处理后的鸭粪、羊粪和马粪的混合物输送至水热碳化炉，温度控制在160℃，时间控制在1h，碳化后的产物进行机械脱水，脱水后的含水率控制在10％，湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
所制备的有机碳肥的检测结果如下：有机碳肥产率为65％，TN含量为2.5％，P2O5含量为5.1％，K2O含量为0.8％，有机碳含量为62％，pH值为6，重金属含量均未超过有机肥国标中所限定的量。
实施例6
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤，
A.将羊粪输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到6.5，将羊粪的水分含量调节到85％，得到预处理后的羊粪；
B.由污泥泵将预处理后的羊粪输送至水热碳化炉，温度控制在200℃，时间控制在5h，碳化后的产物进行机械脱水，脱水后的含水率控制在20％，湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
所制备的有机碳肥的检测结果如下：有机碳肥产率为61％，TN含量为2.8％，P2O5含量为5.5％，K2O含量为1％，有机碳含量为58％，pH值为6.1，重金属含量均未超过有机肥国标中所限定的量。
实施例7
以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，包括以下步骤，
A.将马粪输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.5，将马粪的水分含量调节到80％，得到预处理后的马粪；
B.由污泥泵将预处理后的马粪输送至水热碳化炉，温度控制在180℃，时间控制在3h，碳化后的产物进行机械脱水，脱水后的含水率控制在18％，湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥。
所制备的有机碳肥的检测结果如下：有机碳肥产率为60％，TN含量为3.2％，P2O5含量为5.0％，K2O含量为1.2％，有机碳含量为59％，pH值为5.8，重金属含量均未超过有机肥国标中所限定的量。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，其特征在于：包括以下步骤，
A.将畜禽粪便搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.0～6.5，将畜禽粪便的水分含量调节到65％～85％，得到预处理后的畜禽粪便；
B.将预处理后的畜禽粪便输送至水热碳化炉，碳化后的产物进行脱水、湿法造粒、干燥，得到固体有机碳肥；
步骤B中，将预处理后的畜禽粪便输送至水热碳化炉，温度控制在160℃～200℃，时间控制在1h～5h；
步骤B中，碳化后的产物进行机械脱水，脱水后的含水率控制在10％～20％。
2.根据权利要求1所述的以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，其特征在于：步骤A中，畜禽粪便为猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪、羊粪、马粪中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，其特征在于：步骤A中，将畜禽粪便输送至搅拌池，搅拌至均匀的泥状，同时将pH值调节到5.0～6.5，将畜禽粪便的水分含量调节到65％～85％，得到预处理后的畜禽粪便。
4.根据权利要求1所述的以畜禽养殖废弃物为原料制备固体有机碳肥的方法，其特征在于：步骤B中，由污泥泵将预处理后的畜禽粪便输送至水热碳化炉。
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